一種太陽能發電集熱裝置的製作方法

2023-10-09 15:29:19 3

專利名稱：一種太陽能發電集熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能發電集熱系統，尤其涉及一種太陽能發電集熱裝置。
背景技術：
目前，隨著傳統能源的日益緊缺和全球環境的日益惡化，各國對於可再生能源的 重視程度不斷提高。而在諸多的可再生能源中，只有太陽能取之不盡，用之不竭且沒有汙 染，是最具有發展潛力的可再生能源。太陽能的利用形式包括光伏、光熱等。近年來隨著轉化效率的不斷提高及電池厚度的日益降低，晶矽太陽能電池逐漸佔 據市場的主流。但是晶矽電池的快速發展卻導致了矽原料的短缺且矽電池在生產過程中產 生大量的資源消耗。使得光伏發電的成本居高不下，而且光轉化效率不到20%，光能利用率 差和增加環保負擔，也不能產生熱能。因此，如何尋找新材料、新結構來提高太陽能使用效 率，降低成本，成為太陽能技術得到大規模普及應用所必須解決的問題。
發明內容發明目的針對現有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種太陽能發 電集熱裝置，以實現具有結構簡單，光電轉化效率高，光能利用率高達70%以上，環境適用 性強等優點，能夠在光伏發電的同時，收集光熱從而提供熱水，熱能利用率達到40%以上。技術方案為了實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案為一種太陽能發電集熱裝置，包括聚光系統、接收系統和自動追蹤系統。所述的聚光 系統至少包括一個聚光單元，所述的聚光單元包括具有球狀拋物面形狀的鏡面，所述的鏡 面由若干個小聚光鏡片組成。所述的接收系統包括III-V電池組件、高溫層壓散熱器和無 阻集熱傳輸裝置，III-V電池組件與高溫層壓散熱器相連，在所述的高溫層壓散熱器上設置 有溫差電池晶片，在III-V電池組件上設置有輸出電極，在所述的溫差電池晶片和輸出電 極上均設有線路與逆變器或蓄電池相連。所述的自動追蹤系統包括機械或液壓式追蹤器、 傳感器、PLC自動控制器和驅動系統；在該裝置的主支撐架上設置有機械或液壓式追蹤器， 該機械或液壓式追蹤器與聚光系統的支撐架相連，並通過傳感器、PLC自動控制器和驅動系 統的相互配合作用，實現對太陽光的自動追蹤。所述的傳感器與PLC自動控制器相連接， PLC自動控制器與驅動系統相連接，驅動系統與所述的機械或液壓式追蹤器相連接。所述的 鏡面將太陽光聚集後，反射入接收系統，通過III-V電池組件的發電集熱，電能通過電極傳 入蓄電池，熱能通過散熱器而被收集。所述的小聚光鏡片陣列在複合強化塑料上，所述的複合強化塑料設置在具有網狀 球形拋物面的支撐結構上。所述的複合強化塑料為抗紫外線的複合強化塑料，經過高精度 拋磨，在其上塗有反光塗層。所述的III-V電池組件是通過在砷化鎵襯底片上進行外延單層、雙層多層外延 層，製作成為單層、雙層多級電池。所述的III-V電池組件嵌入無阻傳導集熱器，無阻傳導 集熱器與高溫層壓散熱器相連；在III-V電池組件上設置有輸出電極；所述的無阻集熱傳輸裝置包括設置在高溫層壓散熱器上的進出水口和與集水器相通的進出水管，通過進出水 管的最小限度流阻實現最大換熱能力，從而實現集熱。在所述的高溫層壓散熱器上設置有 溫差電池晶片，溫差電池晶片利用水循環冷卻系統產生溫度差而產生電能；在輸出電極和 溫差電池晶片上均設有線路與逆變器或蓄電池相連。所述的機械或液壓式追蹤器包括機械或液壓式方位角追蹤機構和機械或液壓式 仰角追蹤機構；所述的機械或液壓式方位角追蹤機構和機械或液壓式仰角追蹤機構通過 各自的線路與驅動系統相連接，所述的控制器連接著傳感器和驅動系統；所述的傳感器感 應太陽的方位及風速信號傳給控制器，由控制器控制驅動系統來驅動機械或液壓式方位角 追蹤機構和機械或液壓式仰角追蹤機構，使太陽能發電集熱專用裝置實現水平方向迴轉 252°方位角和垂直方向旋轉94°方位角。III-V電池組件選用大尺寸砷化鎵片材經過高度磨拋後，通過MOCVD技術在其表 面外延單、雙層外延層，並經過切割、劃線等太陽能製作工藝製成高光電轉化效率的砷化鎵 光伏電池，聚光後所產生的電能由電極導出。將生產的砷化鎵光伏電池通過特殊的層壓技術，層壓至無阻傳導集熱器上。其中 層壓適用瑞士進口層壓機械，採用先進的雷射焊接藝術，一次成型，製成太陽能光伏光熱結 合組件。無阻傳導集熱器為膨脹係數與砷化鎵電池相近的陶瓷基礎材料加上熱傳媒傳導技 術製成。選用特殊抗紫外線複合強化塑料作為聚光小鏡片基材，經過高精度研磨拋光後， 在表面增加特殊納米反光塗層，使反光效率達到95%以上。然後安裝至已經設計好的大型 曲面上。聚光系統經過精密計算，將太陽光經曲面反射聚光，照射在焦點中心砷化鎵電池 上。為了保證曲面的抗風性和焦點光斑的均勻性，採用多鏡片劃分技術，使用小型鏡片進行 光反射，其中聚光小鏡片支撐採用複合強化網格塑料，製成球狀曲面結構。聚光系統與追蹤系統相連接。主要由主支撐結構、方位角跟蹤結構、仰角跟蹤結構 組成。聚光系統是由採用多個矩形鋼管緊貼球狀拋物面，製成網狀球形託架。此結構重量 輕，抗風能力強。該球形託架既與聚光系統固定，又與平衡臂用螺栓固定。平衡臂與橫擔支架鋼管用螺栓聯接。橫擔支架鋼管與仰角跟蹤結構相聯接，仰角 跟蹤機構是一種機械式絲杆傳動結構形式當仰角跟蹤結構中的電機驅動時，橫擔支架鋼 管在仰角跟蹤結構電機驅動下，將力矩傳遞到平衡臂上，而平衡臂帶動託架及聚光系統在 垂直方向(南北向)94°方位角旋轉。主支撐結構採用鋼管支架，下端面與地腳螺栓相固定，支架上端面與方位角跟蹤 結構聯接。當方位角跟蹤結構中的電機驅動後，電機輸出軸帶動小齒輪傳動主支承結構上 的大齒輪，大齒輪在平面軸承的作用下帶動齒輪箱、仰角跟蹤結構、橫擔支架鋼管、平衡臂、 託架及聚光系統實現水平方向(東西向)252°的方位角旋轉。既水平方向迴轉又垂直方向 旋轉始終將太陽光垂直於球狀拋物面從而達到最高效率。使得整個系統的發電量高於傳統 固定式系統，達到30%以上。控制器與傳感器能連續根據時間和地點計算太陽位置，並根據接受的風速信號， 通過自動編程裝置進行程序控制，啟動電機控制系統。從而保證整套系統安全性和整個太 陽跟蹤定位控制系統對太陽位置測定的精確度。
4[0018]無阻傳導集熱器與水冷系統結合，通過低耗水泵是水路循環，經無阻傳導集熱器 加熱後的熱水經過蓄水箱，將蓄水箱中的水加熱，留作使用。機械式跟蹤機構是在控制器接受到傳感器的信號下，發出控制信號驅動方位角跟 蹤器電機，電機輸出軸帶動小齒輪傳動主支承結構上的大齒輪，大齒輪在平面軸承的作用 下帶動齒輪箱、橫擔支架鋼管、平衡臂、及聚光系統水平旋轉252°方位角。與此同時，仰角 跟蹤器驅動電機接受到控制器的信號，使仰角跟蹤器實行南北方向94°擺動。液壓式跟蹤機構通過傳感器感應太陽的方及風速信號，由控制器控制液壓式跟蹤 機構的驅動電機，驅動電機通過液壓傳動使聚光系統實行水平方向和垂直方向旋轉。追蹤太陽光聚光系統可分固定式和移動式兩種。固定式是將主支承結構用地腳螺栓固定在水泥地基上。這種固定方法穩定性好， 抗風能力強。移動式是用三個三角架固定在主支承結構上，利用三角形具有穩定性原理增 加與地面的接觸面積，使整個系統具有穩定性，放置於平坦的地面上即可。聚光系統是一種接近正方形(帶圓弧形)球狀拋物面。這種形狀的聚光系統最大 採光面積可達52平方米。外圓弧是抗紫外線複合強化塑料，內為多個弧形拋物面小鏡片經 過納米熱媒技術加以緊固。這種弧形拋物面小鏡片產生很強反射光。在太陽光照射下，經 過弧形拋物面鏡片反射聚焦將太陽光的光能密度大大提高(1000倍以上)。可使砷化鎵太 陽能電池轉換效率提高，在小面積的單晶矽上獲得大的電流且集熱可持續產生很高溫度。有益效果本發明的太陽能發電集熱方法及其專用裝置，結構簡單，安裝方便。採 用特製材料製作的小聚光鏡片反光，使反光效率達到95%，大鏡面聚集聚焦，使得太陽光 的光能密度大大提高至1000倍以上，選用砷化鎵太陽能電池組件，轉換效率提高，可以產 生普通光伏電池2-3倍電能，使用自動追蹤系統，採用使得整個系統的發電量高於傳統固 定式系統達到30%以上。另外可以採用移動和固定兩種安裝方式，使得該太陽能發電集熱 專用裝置的適用面更廣闊。

圖1是本實用新型的太陽能發電集熱裝置結構示意圖。圖2是本實用新型的雙聚光單元的太陽能發電集熱裝置結構示意圖。圖3是本實用新型的多聚光單元的太陽能發電集熱裝置結構示意圖。圖4是本實用新型的太陽能發電集熱裝置垂直工作時的結構示意圖。圖5是本實用新型的太陽能發電集熱裝置的移動結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的解釋。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，為本實用新型的太陽能發電集熱裝置。其中，圖1 是單聚光單元的太陽能發電集熱裝置，圖2是爽聚光單元的太陽能發電集熱裝置，圖3是多 聚光單元的太陽能發電集熱裝置。該太陽能發電集熱裝置，包括聚光系統1、接收系統和自 動追蹤系統。聚光系統1至少包括一個聚光單元，所述的聚光單元包括具有球狀拋物面形狀的 鏡面，所述的鏡面由若干個小聚光鏡片組成。所述的小聚光鏡片陣列在複合強化塑料上，所述的複合強化塑料設置在具有網狀球形拋物面的支撐結構上。所述的複合強化塑料為抗紫 外線的複合強化塑料，經過高精度拋磨，在其上塗有反光塗層。該支撐結構由採用多個矩形 鋼管緊貼球狀拋物面，製成網狀球形託架10。此結構重量輕，抗風能力強，達8級以上。聚光系統經過精密計算，將太陽光經曲面反射聚光，照射在焦點中心砷化鎵電池 上。為了保證曲面的抗風性和焦點光斑的均勻性，採用多鏡面劃分技術，使用小型鏡面進行 光反射，其中鏡面支撐網格採用複合強化塑料，製成球狀曲面結構。聚光單元是一種接近正方形(帶圓弧形)球狀拋物面。這種形狀的聚光單元最大 採光面積可達52平方米。外圓弧是抗紫外線複合強化塑料，內為多個弧形拋物面小鏡片經 過納米熱媒技術加以緊固。這種弧形拋物面小鏡片產生很強反射光。在太陽光照射下，經 過弧形拋物面鏡片反射聚焦將太陽光的光能密度大大提高(1000倍以上)。可使砷化鎵太 陽能電池轉換效率提高，在小面積的單晶矽上獲得大的電流且集熱可持續產生很高溫度。接收系統包括III-V電池組件7、高溫層壓散熱器6和無阻集熱傳輸裝置8，III-V 電池組件7與高溫層壓散熱器6相連，在高溫層壓散熱器6上設置有無阻集熱傳輸裝置8 的進出水口。III-V電池組件7是通過在砷化鎵襯底片上進行外延單層、雙層多層外延層， 製作成為單層、雙層多級電池。所述的II-V電池組件7與高溫層壓散熱器6相連，首先是 III-V電池組件7嵌入無阻傳導集熱器，無阻傳導集熱器再與高溫層壓散熱器相連；在高溫 層壓散熱器上還設有溫差電池晶片，溫差電池晶片利用水循環冷卻系統產生溫度差而產生 電能，在III-V電池組件7上設置有輸出電極，在輸出電極和溫差電池晶片上均設有線路與 逆變器或蓄電池相連接。無阻集熱傳輸裝置8包括設置在高溫層壓散熱器6上的進出水口 和與集水器相通的進出水管，通過進出水管的最小限度流阻實現最大換熱能力，從而實現 集熱。III-V電池組件7 選用大尺寸砷化鎵片材經過高度磨拋後，通過MOCVD技術在其 表面外延單、雙層外延層，並經過切割、劃線等太陽能製作工藝製成高光電轉化效率的砷化 鎵光伏電池，聚光後所產生的電能由電極導出。將生產的砷化鎵光伏電池通過特殊的層壓 技術，層壓至無阻傳導集熱器上。其中層壓適用瑞士進口層壓機械，採用先進的雷射焊接藝 術，一次成型，製成太陽能光伏光熱結合組件。無阻傳導集熱器為膨脹係數與砷化鎵電池相 近的陶瓷基礎材料加上熱傳媒傳導技術製成的無阻傳導集熱器。自動追蹤系統包括機械或液壓式追蹤器、傳感器、PLC自動控制器5和驅動系統； 在該裝置的主支撐架2上設置有機械或液壓式追蹤器，該機械或液壓式追蹤器與聚光系統 的網狀球形託架10相連接，並通過傳感器、PLC自動控制器5和驅動系統的相互配合作用， 實現對太陽光的自動追蹤。機械或液壓式追蹤器包括機械或液壓式方位角追蹤機構3和機 械或液壓式仰角追蹤機構4 ；所述的機械或液壓式方位角追蹤機構3和機械或液壓式仰角 追蹤機構4通過各自的線路與驅動系統相連接，所述的PLC自動控制器5連接著傳感器和 驅動系統；所述的傳感器感應太陽的方位及風速信號傳給PLC自動控制器，由PLC自動控制 器控制驅動系統來驅動機械或液壓式方位角追蹤機構3和機械或液壓式仰角追蹤機構4， 使太陽能發電集熱裝置實現水平方向(東西方向)迴轉252°方位角和垂直方向(南北方 向)旋轉94°方位角。聚光系統1與自動追蹤系統相連接。主要由主支撐結構2、機械或液壓式方位角跟 蹤結構3、機械或液壓式仰角跟蹤結構4組成。球形託架10既與聚光系統1固定，又與平衡
6臂11用螺栓9固定。主支撐結構2採用鋼管支架，下端面與地腳螺栓相固定，支架上端面與機械或液 壓式方位角跟蹤結構3連接。當機械或液壓式方位角跟蹤結構3中的驅動系統驅動後，電 機輸出軸帶動小齒輪傳動主支承結構2上的大齒輪，大齒輪在平面軸承的作用下帶動齒輪 箱、機械或液壓式仰角跟蹤結構4、橫擔支架鋼管12、平衡臂11、球形託架10及聚光系統1 實現水平方向(東西向)252°的方位角旋轉。平衡臂11與橫擔支架鋼管12用螺栓連接。 橫擔支架鋼管11與機械或液壓式仰角跟蹤結構4相連接，機械或液壓式仰角跟蹤結構4是 一種機械式絲杆傳動結構形式，當機械或液壓式仰角跟蹤結構4中的電機驅動時，橫擔支 架鋼管12在機械或液壓式仰角跟蹤結構4電機驅動下，將力矩傳遞到平衡臂11上，而平衡 臂11帶動球形託架10及聚光系統1在垂直方向(南北向)94°方位角旋轉。既水平方向 迴轉又垂直方向旋轉始終將太陽光垂直於球狀拋物面從而達到最高效率。使得整個系統的 發電量高於傳統固定式系統，達到30%以上。PLC自動控制器5與傳感器能連續根據時間和地點計算太陽位置，並根據接受的 風速信號，通過自動編程裝置進行程序控制，啟動電機控制系統。從而保證整套系統安全性 和整個太陽跟蹤定位控制系統對太陽位置測定的精確度。機械式追蹤器是在控制器接受到傳感器的信號下，發出控制信號驅動方位角跟蹤 器電機，電機輸出軸帶動小齒輪傳動主支承結構上的大齒輪，大齒輪在平面軸承的作用下 帶動齒輪箱、橫擔支架鋼管12、平衡臂11、及聚光系統水平旋轉252°方位角。與此同時，仰 角跟蹤器驅動電機接受到控制器的信號，使仰角跟蹤器實行南北方向94°擺動。液壓式追蹤器通過傳感器感應太陽的方及風速信號，由控制器控制液壓式跟蹤機 構的驅動電機，驅動電機通過液壓傳動使聚光系統實行水平方向和垂直方向旋轉。該太陽能發電集熱裝置可分固定式和移動式兩種。固定式是將主支承結構用地腳 螺栓固定在水泥地基上。這種固定方法穩定性好，抗風能力強。如圖5所示，移動式是用三 個三角架22固定在主支承結構2上，利用三角形具有穩定性原理增加與地面的接觸面積， 使整個系統具有穩定性，放置於平坦的地面上即可。另外，本裝置的無阻傳導集熱器與水冷系統結合，通過低耗水泵是水路循環，經無 阻傳導集熱器加熱後的熱水經過蓄水箱，將蓄水箱中的水加熱，留作使用。水循環冷卻系 統，包括冷卻蓄水池、熱水蓄水箱、低耗水泵以及相關水路管道系統。光伏發電併網和儲存 使用系統，包括逆變器、蓄電池、智能併網計流設備、電線電纜等。
權利要求一種太陽能發電集熱裝置，包括聚光系統、接收系統和自動追蹤系統，其特徵在於所述的聚光系統至少包括一個聚光單元，所述的聚光單元包括具有球狀拋物面形狀的鏡面，所述的鏡面由若干個塑料小聚光鏡片組成；所述的接收系統包括III V電池組件、高溫層壓散熱器和無阻集熱傳輸裝置，III V電池組件與高溫層壓散熱器相連，在所述的高溫層壓散熱器上設置有溫差電池晶片，在III V電池組件上設置有輸出電極，在所述的溫差電池晶片和輸出電極上均設有線路與逆變器或蓄電池相連；所述的自動追蹤系統包括機械或液壓式追蹤器、傳感器、PLC自動控制器和驅動系統，所述的機械或液壓式追蹤器設置在該裝置的主支撐架上，該機械或液壓式追蹤器與聚光系統的支撐架相連，所述的傳感器與PLC自動控制器相連接，PLC自動控制器與驅動系統相連接，驅動系統與所述的機械或液壓式追蹤器相連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的小聚光鏡片陣列 在複合強化塑料上，所述的複合強化塑料設置在具有球形拋物面的支撐結構上。
3.根據權利要求2所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的複合強化塑料為 抗紫外線的複合強化塑料，在其上塗有反光塗層。
4.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的III-V電池組件 是單層、雙層多級電池。
5.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的無阻集熱傳輸裝 置包括設置在高溫層壓散熱器上的進出水口和與集水器相通的進出水管。
6.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱方法的專用裝置，其特徵在於所述的III-V 電池組件與高溫層壓散熱器相連，是III-V電池組件嵌入無阻傳導集熱器，無阻傳導集熱 器再與高溫層壓散熱器相連。
7.根據權利要求6所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的無阻傳導集熱器 為膨脹係數與砷化鎵電池相近的陶瓷基礎材料製成的無阻傳導集熱器。
8.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於所述的機械或液壓式追 蹤器包括機械或液壓式方位角追蹤機構和機械或液壓式仰角追蹤機構；所述的機械或液壓 式方位角追蹤機構和機械或液壓式仰角追蹤機構通過各自的線路與驅動系統相連接。
9.根據權利要求1所述的太陽能發電集熱裝置，其特徵在於該裝置可分固定式和移 動式兩種；所述的固定式是將主支承結構用地腳螺栓固定在水泥地基上；所述的移動式是 用3個三角架固定在主支承結構上，三角架放置於平坦的地面上。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能發電集熱裝置。該裝置包括聚光系統、接收系統和自動追蹤系統，所述的聚光系統至少包括一個聚光單元；所述的接收系統包括III-V電池組件、高溫層壓散熱器和無阻集熱傳輸裝置；所述的自動追蹤系統包括機械或液壓式追蹤器、傳感器、PLC自動控制器和驅動系統。本實用新型採用小聚光鏡片反光，使反光效率達到95％，大鏡面聚集聚焦，使得太陽光的光能密度大大提高至1000倍以上，選用砷化鎵太陽能電池組件，轉換效率提高，可以產生普通光伏電池2-3倍電能，使用自動追蹤系統，採用使得整個系統的發電量高於傳統固定式系統達到30％以上。另外可以採用移動和固定兩種安裝方式，適用面更廣闊。
文檔編號F24J2/46GK201667620SQ20092028435
公開日2010年12月8日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者馮於馳, 劉當如, 沈宏春, 袁長勝 申請人:江蘇中顯集團有限公司